DNA甲基化
DNA甲基化
DNA甲基化概述在哺乳动物基因组中，甲基化是一种表观遗传机制，包括将甲基转移到胞嘧啶的C5位置形成5-甲基胞嘧啶。
DNA甲基化通过招募参与基因抑制的蛋白或通过抑制转录因子与DNA的结合来调节基因表达。
在发育过程中，DNA甲基化的模式在基因组中发生变化，这是DNA从头甲基化和去甲基化的动态过程的结果。
DNA甲基化是被一个甲基转移酶家族所催化，转移S腺苷甲硫氨酸(SAM)的一个甲基到第五个碳胞嘧啶残基形成5mc , Dnmt3a和Dnmt3b可以建立一个新的DNA甲基化模式来去修饰DNA，被称为从头甲基化。
另一方面，Dnmt1在DNA复制过程中起作用，将亲代DNA链上的甲基化模式复制到新合成的子链上。
这三种DNA都广泛参与胚胎的发育。
这三种DNA都广泛参与胚胎的发育。
当细胞到达终末分化时，Dnmt的表达大大降低。
这似乎表明有丝分裂后细胞的DNA甲基化模式是稳定的。
大部分DNA的甲基化发生在鸟嘌呤核苷酸或CpG位点之前的胞嘧啶上。
总的来说，哺乳动物基因组中CpG位点的减少可能是由于5 - mc可脱氨成胸腺嘧啶的诱变潜力。
剩余的CpG位点分布在整个基因组中，除了CpG岛外，它们都被严重甲基化。
DNA甲基化对沉默逆转录病毒分子、调节组织特异性基因表达、基因印记和X染色体失活至关重要。
不同基因组区域的DNA甲基化可能根据潜在的遗传序列对基因活动产生不同的影响。
一、DNA甲基化的位置1.1 基因间区大约45%的哺乳动物基因组由转座因子和病毒因子组成，这些因子被大量甲基化而沉默。
这些元素中的绝大多数是通过DNA甲基化或随着时间的推移由于5mC的破坏而产生的突变而失活的。
如果表达，这些元素是潜在的有害的，因为它们的复制和插入可以导致基因损坏和DNA突变。
胞内颗粒(IAP)是小鼠基因组中最具侵袭性的逆转录病毒之一。
在整个生命过程中，IAP在配子形成、发育和成年阶段都被高度甲基化。
甚至在胚胎内部，当基因组其余部分相对低甲基化时，Dnmtl维持对IAP元件的抑制。
dna甲基化的概念
dna甲基化的概念
DNA甲基化是一种生物化学过程，其中甲基基团（CH3）加在DNA分子中的脱氧核苷酸上。
这个过程是通过DNA甲基转移酶酶催化的。
DNA甲基化在基因组稳定性和基因表达调控中起着重要作用。
它能够影响基因的表达模式，并且对细胞命运决定也有影响。
DNA甲基化通常发生在CpG双核苷酸的序列上，即DNA链上紧邻着一个胞嘧啶（C）核苷酸和一个鸟嘌呤（G）核苷酸组成的序列。
这些区域通常被称为CpG岛。
DNA甲基化可以导致基因的沉默和基因组稳定性，通过两种途径影响基因表达：一是通过直接阻碍转录因子与DNA结合，从而抑制基因的转录活性；二是通过招募甲基化相关蛋白质如甲基结合蛋白(MBD)来改变染色质的结构和组装方式，导致基因区域不稳定并更容易被染色质调控。
此外，DNA甲基化在胚胎发育、细胞分化，以及致病性疾病的发生等过程中也发挥着重要的调节功能。
DNA甲基化可以被环境因素和生物学过程所影响，并且在许多疾病中也具有重要作用，包括癌症、神经系统疾病和心血管疾病等。
因此，研究DNA甲基化在基因表达和疾病发生中的作用对于理解基因组调控和疾病机制非常重要。
DNA甲基化检测技术
肿瘤类型
乳腺癌、肺癌、食管癌、结肠癌、胃癌、胰、 肝 癌
乳腺癌、卵巢癌 GIT 、头与颈部瘤、NHL、肺癌
肺癌
E-cadherin ER GSTP1 hMLH1
MGMT P15
增强增殖、侵袭与转移 激素抵抗 失去对致癌物活性代谢产物的解毒作用 缺损DNA错配修复,基因点突变
3、损伤与修复
一方面参与凋亡和修复的基因受DNA 甲基化调控,另一方面异常甲 基化往往会导致DNA 的多种损伤。此外 ,甲基化还可能直接参与DNA损 伤的识别和修复过程.
4、其他 ：
甲基化还参与DNA 的复制和包装及 DNA片段的转座等。
基因组甲基化的特点：
◆可逆性——许多甲基化位点可以根据细胞活性的要求重新 甲基化或去甲基化；
DNA甲基化与肿瘤的关系
MGMT基因在许多肿瘤中被认为是抗肿瘤药物治疗的预测标记。MGMT启 动子肿瘤特异性甲基化，可以抑制MGMT蛋白的活性，从而使得肿瘤细胞对 烷化类的抗肿瘤药物敏感，因而被广泛用于肿瘤化疗治疗。
Figure： Kaplan–Meier Estimates of Overall Survival, According to MGMT Promoter Methylation Status.
p53-相关基因，与DNA 修复及耐药性有 关 细胞的过度激活与增殖
乳腺癌、甲状腺癌、胃癌 乳腺癌、前列腺癌 前列腺癌、乳腺癌、肾癌 结肠癌、胃癌、子宫内膜瘤、卵巢癌
肺癌、脑瘤 非白血性白血病、淋巴瘤、鳞状细胞癌、肺癌
RASSF1A
失去了对G1/S负调控抑制作用
肺癌、乳腺癌、卵巢癌、肾癌、鼻咽癌
Rb
◆组织特异性——不同的组织细胞具有不同的甲基化模式， 为基因表达设定程序。
DNA甲基化
DNA甲基化DNA甲基化（DNA methylation)是最早发现的修饰途径之一,大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。
含义：在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5－甲基胞嘧啶，这常见于基因的5'—CG—3’序列。
大多数脊椎动物基因组DNA都有少量的甲基化胞嘧啶，主要集中在基因5’端的非编码区，并成簇存在.甲基化位点可随DNA的复制而遗传，因为DNA复制后,甲基化酶可将新合成的未甲基化的位点进行甲基化。
DNA的甲基化可引起基因的失活，DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化,从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA向Z-DNA的过渡，由于Z—DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以结合的原件缩入大沟而不利于转录的起始,导致基因失活。
另外，序列特异性甲基化结合蛋白（MBD/MeCP）可与启动子区的甲基化CpG岛结合,阻止转录因子与启动子作用，从而阻抑基因转录过程。
DNA甲基化主要形成5－甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6—甲基腺嘌呤（N6—mA)及7－甲基鸟嘌呤（7—mG）结构基因：含有很多CpG 结构，2CpG 和2GPC 中两个胞嘧啶的5 位碳原子通常被甲基化，且两个甲基集团在DNA 双链大沟中呈特定三维结构.基因组中60％～ 90％的CpG 都被甲基化，未甲基化的CpG 成簇地组成CpG 岛，位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。
有实验证明超甲基化阻遏转录的进行.DNA 甲基化可引起基因组中相应区域染色质结构变化，使DNA 失去核酶＆ouml;限制性内切酶的切割位点，以及DNA 酶的敏感位点，使染色质高度螺旋化，凝缩成团，失去转录活性.5 位C 甲基化的胞嘧啶脱氨基生成胸腺嘧啶(C-T转换),由此可能导致基因置换突变,发生碱基错配,如果在细胞分裂过程中不被纠正，就会诱发遗传病或癌症.酶的分类:动物中DNA 甲基转移酶有两种:1） DNM T1，持续性DNA 甲基转移酶-—作用于仅有一条链甲基化的DNA 双链，使其完全甲基化,可参与DNA 复制双链中的新合成链的甲基化，DNM T1 可能直接与HDAC （组蛋白去乙酰基转移酶）联合作用阻断转录；2）DNM T3a、移酶可能参与细胞生长分化调控,其中DNM T3b在肿瘤基因甲基化中起重要作用。
DNA甲基化——表观遗传学的重要组成部分
DNA甲基化——表观遗传学的重要组成部分DNA甲基化是一种表观遗传学调控机制，通常指DNA分子上的甲基化修饰。
这种化学变化涉及DNA链上的甲基基团与Cytosine碱基的配对，对基因表达和细胞分化等生命过程具有重要作用。
DNA甲基化不仅在正常生长发育中发挥至关重要的作用，而且也涉及很多人类疾病的发展。
本文将介绍DNA甲基化的基本原理、分布方式、调控机制及其在疾病中的作用。
一、DNA甲基化的基本原理DNA是由4种不同的核苷酸构成的，其中包括Adenine、Thymine、Cytosine和Guanine。
DNA的甲基化通常发生在Cytosine碱基的C5位，即通过甲基基团与细胞内的S-Adenosyl Methionine（SAM）反应，形成5-甲基Cytosine（5mC）。
DNA甲基化是基因组合成和生物遗传变异的关键机制之一。
它可以调控基因的表达和细胞分化，与疾病的发展密切相关。
虽然越来越多的研究表明，DNA甲基化是一种可逆的表观遗传修饰，但它仍然是一种稳定的标记，可以被逐代遗传，影响基因表达和细胞分化。
二、DNA甲基化的分布方式DNA甲基化在不同种类和类型的细胞中存在和分布不同。
在人体内，DNA甲基化主要发生在GC富集区域，如基因启动子、繁殖起始点、转录因子结合区等。
这些区域往往影响到基因表达的调控，因此被视为关键的甲基化信号的地点。
另一方面，DNA甲基化还出现在基因体内部的非编码区域，如intron、intergenic regions、satellite DNA和telomeres。
虽然对它们的确切功能还有争议，但这些甲基化信号可能参与调控DNA复制、染色体结构和修复。
三、DNA甲基化的调控机制DNA甲基化是由DNA甲基转移酶（DNMTs）负责催化核苷酸中的甲基基团的加成。
DNMTs可以对一些具有特定序列和结构的DNA区域进行偏好性的甲基化修饰。
这些区域的一个重要特征是在基因表达和细胞分化中发挥着重要的作用。
dna甲基化的过程和机制
dna甲基化的过程和机制
DNA甲基化的过程和机制如下：
DNA甲基化是指在DNA分子的特定位置上添加甲基基团，甲基化后的DNA序列可能发生某些改变，比如可以调节基因的表达等。
甲基化的机制主要涉及到DNA甲基转移酶（DNMT）的作用。
DNMTs是一类能够将甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸（SAM）转移到DNA分子上的酶，是DNA甲基化过程的主要参与者。
在DNA甲基化过程中，DNMT首先将SAM转化为活性中间体，然后将活性中间体的甲基基团转移到DNA分子上。
DNA甲基化的过程可以分为以下几个步骤：
识别和结合：DNMT首先识别DNA分子上的特定序列，通常是富含胞嘧啶的区域。
识别后，DNMT结合到DNA分子上，形成一个复合体。
甲基化反应：在复合体中，SAM的甲基基团被转移到DNA分子上，通常是胞嘧啶残基的5位碳原子上。
这个过程涉及到化学键的转移，需要消耗能量。
释放和去甲基化：完成甲基化反应后，DNMT从DNA分子上释放下来，留下甲基化的DNA序列。
在某些情况下，甲基化的DNA序列可以被去甲基化，即甲基基团被去除，恢复到未甲基化的状态。
去甲基化的过程通常涉及到特定的去甲基化酶的作用。
总之，DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，可以影响基因的表达和功能。
了解DNA甲基化的过程和机制有助于深入理解生物
学和医学中的许多问题，包括发育、疾病和治疗方法等。
一、 DNA甲基化与基因表达
一、DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，可能存在于所有高等生物中。
DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。
1．DNA甲基化的主要形式
5-甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。
在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG和CpXpG中，原核生物中CCA/TGG和GATC也常被甲基化。
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：一种被称为日常型（mainte-nance）
甲基转移酶，另一种是从头合成（denovo synthesis）甲基转移
酶。
前者主要在甲基化母链（模板链）指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。
日常型甲基转移酶常常与DNA内切酶活性相耦联，有3种类型。
II类酶活性包括内切酶和甲基化酶两种成分，而I类和III类都是双功能酶，既能将半甲基化DNA甲基化，又能降解外源无甲基化DNA。
由于甲基化胞嘧啶极易在进化中丢失，所以，高等真核生物中CG序列远远低于其理论值。
哺乳类基因组中约存在4万个CG islands，大多位于转录单元的5'区。
没有甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用，就可能被氧化成为U，被DNA修复系统所识别和切除，恢复成C。
已经甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用, 它就变为T, 无法被区分。
因此, CpG序列极易丢失。
DNA甲基化与CpG岛
• 引言 • DNA甲基化的功能 • CpG岛的特性与分布 • DNA甲基化与CpG岛的关系 • DNA甲基化与CpG岛的研究方法 • DNA甲基化与CpG岛的前景与展望
01
引言
DNA甲基化的定义
DNA甲基化是指在DNA序列中，CpG位点的胞嘧啶被甲基所 修饰的过程。这种修饰是一种重要的表观遗传学标记，对基 因表达和细胞分化等生物学过程具有重要影响。
甲基化与失活
在X染色体失活过程中，DNA甲基化在X染色体上广泛发生，导致相关基因沉默 和X染色体整体失活。这种甲基化模式有助于维持X染色体失活的稳定性和遗传性 。
03
CpG岛的特性与分布
CpG岛的识别标准
01
CpG密度高
CpG岛内CpG位点的密度显著高于 周围序列。
启动子关联
CpG岛通常与基因的启动子区域相 关联。
该方法使用特异性抗体富集甲基化的DNA片段， 然后进行高通量测序，以识别甲基化位点。
该方法使用甲基化结合蛋白（MBD蛋白）富集甲 基化的DNA片段，然后进行高通量测序，以识别 甲基化的CpG岛。
06
DNA甲基化与CpG岛的前景与展望
在疾病诊断和治疗中的应用
肿瘤甲基化检测
通过检测肿瘤组织中DNA的甲基化状态 ，有助于肿瘤的早期诊断和预后评估。
在基因组印记和X染色体失活过程中， DNA甲基化起到关键作用，通过甲基 化特定基因或基因组区域，使这些基 因或区域沉默，不参与基因表达。
基因组印记
印记基因
基因组印记是指某些基因在不同细胞类型中的表达存在差异，这些差异由DNA 甲基化水平决定。印记基因通常在发育过程中由父本或母本来源的等位基因选 择性表达。
亚硫酸氢盐测序
DNA甲基化及其对基因表达的影响
DNA甲基化及其对基因表达的影响DNA是构成生物体遗传信息的重要物质，每个细胞的DNA序列都是不同的，并且在不同的时期，不同的细胞类型中，DNA的活动状态也不同。
DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，可以影响基因表达和稳定性，对生物体的发展和适应性具有重要影响。
1. DNA甲基化的基本特征DNA甲基化是将甲基基团（-CH3）与DNA分子中的腺嘌呤或鸟嘌呤核苷酸结合形成的一种化学修饰，是在细胞外或细胞内转录水平调节之外的另一种在基因表达调控层面的修饰方式。
DNA甲基化作用于DNA的顺式区，常常集中在顺式突出圈域(CpG岛)内，CpG岛集中在转录起始位点和起始子区域。
DNA上的CpG岛如果未甲基化则表观遗传"松弛"状态，而存在甲基化说明表观遗传的状态被"紧缩"，禁止转录因子的结合，将基因沉睡或关闭。
2. DNA甲基化对基因表达的影响DNA甲基化能够通过以下几种方式，影响基因表达：（1）改变DNA结构，使DNA更难以被RNA聚合酶靶向转录起始区域。
（2）影响转录因子的结合，特别是在DNA上的甲基化子，会阻止许多转录因子进入DNA序列区域。
（3）通过与某些蛋白质结合，影响DNA的结构。
（4）改变DNA的化学性质，并固化这种变化，进而影响后续的基因表达。
总之，DNA甲基化能够影响基因表达，这是由于DNA的甲基化状态可以影响转录因子和其它蛋白质的结合，进而影响基因的转录过程。
同时，DNA甲基化可以影响DNA的结构，变成一些不好被RNA聚合酶识别的形态，从而影响基因的表达。
3. DNA甲基化与遗传疾病DNA甲基化在很多遗传疾病中都起着非常重要的作用。
例如，DNA中的CpG岛甲基化会导致X染色体不活化，也会导致常见的某些癌症。
另一个例子是艾滋病病毒的感染，艾滋病病毒一旦感染了人体，就会攻击人体中的CD4+T细胞并杀死它们。
研究显示，艾滋病病毒的感染会使T细胞上的基因甲基化，导致该基因的表达减少，从而让传统的药物无法有效地清除艾滋病病毒。
DNA甲基化和去甲基化的调控机制
DNA甲基化和去甲基化的调控机制一、DNA甲基化DNA甲基化是生物体维持稳定遗传血缘关系的重要方式，它是指DNA分子上甲基基团（CH3）与腺嘌呤或胞嘧啶残基（茎环结构）的氮6位置共价结合的修饰方式。
这种修饰能够阻止转录因子结合，并使某些基因在关键时刻沉默。
DNA甲基化是在酶DMNT的催化下进行，这个酶的基因必须在早期的胚胎发育期间表达。
DNA甲基化使得某些基因表达停止，同时保证了某些基因表达的特异性和稳定性。
然而，如果该基因获得了一个作用于催化酶的突变，则合成的甲基可能会部分或全部丢失，或者一些额外的甲基可能会随机添加。
二、DNA去甲基化DNA去甲基化（DNA demethylation）是与DNA甲基化反其道而行的过程，它指的是甲基基团从脱氧核糖核酸（DNA）分子上移除的生物学过程。
这个过程对于真核细胞的基因表达和稳定性是非常重要的。
与DNA甲基化不同，DNA去甲基化是一个复杂的过程，它涉及多个步骤和不同的细胞过程。
例如，尽管一些区域可以通过DNA碱基样本重编程而被去甲基化，但在神经元中，这个过程可能涉及直接的去甲基化酶或干扰RNA。
三、DNA甲基化和去甲基化的调控机制DNA甲基化和去甲基化的调控机制是非常复杂的，涉及到许多不同的分子和细胞过程。
一些分子，例如DNA甲基转移酶和DNA去甲基化酶，直接参与到DNA甲基化和去甲基化过程中。
其他分子，则可能通过不同的途径影响这个过程。
例如，甲基化和去甲基化中涉及的信号通路和药物，包括谷胱甘肽S-转移酶、胆碱乙酰转移酶、去甲肾上腺素转移酶和受体酪氨酸磷酸化酶都可以影响这个过程。
四、DNA甲基化和去甲基化与疾病的关系尽管DNA甲基化和去甲基化是调节基因表达的正常过程，但它们还与许多不同类型的疾病有关系。
这些疾病包括肿瘤、自闭症、皮肤癌等。
在某些情况下，错误的DNA甲基化或去甲基化可以引起癌症的形成。
例如，当DNA甲基化粘在胞嘧啶的CpG岛上时，它可以抑制肿瘤抑制基因的功能，这可能导致细胞恶性转变。
dna甲基化名词解释
DNA甲基化名词解释什么是DNA甲基化？DNA甲基化是指在DNA分子中加入甲基基团（CH3）的过程。
甲基基团可以与DNA 中的胞嘧啶碱基（Cytosine，C）相连，形成5-甲基胞嘧啶（5-Methylcytosine，5mC）。
为什么DNA甲基化重要？DNA甲基化在生物体中起着重要的调控作用。
它可以影响DNA的稳定性、基因的表达和细胞的功能。
DNA甲基化在个体发育过程中起着关键的作用，也与许多疾病的发生和发展密切相关。
DNA稳定性维护DNA甲基化可以稳定DNA分子的结构，防止DNA双链解旋和酶切。
在DNA复制和修复过程中，甲基化可以保护DNA不受到不必要的修复或降解。
基因表达调控DNA甲基化可以直接或间接地影响基因的转录和翻译过程，从而调节基因的表达。
在一些基因的启动子区域，高度甲基化可以阻止转录因子结合，从而抑制基因的转录。
相反，低度甲基化可以促进基因的转录。
细胞功能调节DNA甲基化在细胞的分化和功能调控中起着关键的作用。
在多细胞生物中，不同细胞类型的DNA甲基化模式是不同的，这有助于维持细胞的特异性和功能。
DNA甲基化还可以调节细胞的增殖、凋亡和分化等过程。
DNA甲基化的调控机制DNA甲基化的形成和去甲基化是通过一系列酶的催化下进行的。
在哺乳动物细胞中，DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase）可以将甲基基团添加到DNA上，而DNA 去甲基化酶（DNA demethylase）可以将甲基基团从DNA上去除。
DNA甲基化与疾病的关联DNA甲基化异常与多种疾病的发生和发展密切相关。
以下是一些与DNA甲基化异常相关的疾病：1.癌症：DNA甲基化异常在多种癌症中广泛存在。
甲基化模式的改变可以导致关键基因的失活或过度表达，从而促进癌细胞的生长和侵袭。
2.免疫系统疾病：某些自身免疫性疾病，如系统性红斑狼疮和类风湿性关节炎，与DNA甲基化异常有关。
这些异常可以导致免疫系统的功能紊乱。
DNA甲基化与表观遗传
DNA甲基化与表观遗传随着遗传学研究的不断深入，人们对于DNA的认识越来越深刻。
DNA是构成基因的重要成分，而表观遗传则是影响DNA表达的重要模式之一。
而DNA甲基化作为表观遗传的一种形式，也成为了研究的重要方向之一。
什么是DNA甲基化？DNA甲基化是指在DNA分子中加入甲基基团，将少数脱氧核糖骨架上的位点（CpG岛）上的C被甲基基团取代，成为5-甲基脱氧胞嘧啶（5mC）的过程。
这一甲基化反应主要由DNA甲基转移酶（DNMT）催化完成。
DNA甲基化是如何影响遗传？在人体内，人类的基因组拥有大量的CpG岛分布在不同的基因区域中。
而在这些CpG岛上的甲基化作为表观遗传的一种形式，具有重要的调节基因表达的作用。
早期研究发现，在胚胎发育阶段，人体对于一些重要的发育基因，如Nanog、Oct4、Sox2等调控基因在胚胎干细胞中的表达需要保持在一个特殊的状态。
这些基因在正常细胞中会被甲基化，表达水平很低，而在干细胞中这些基因是非常活跃的。
这就说明，DNA甲基化是一个至关重要的调控机制，与基因的表达和人体的发育密切相关。
除了影响胚胎发育外，DNA甲基化还能影响人体的健康。
例如乳腺癌、结肠癌等肿瘤在甲基化的调节过程中，会受到大量基因表达的条件所影响。
DNA甲基化与表观遗传有何关系？表观遗传是指非基因所注明的对于遗传信息的传递方式。
与相对稳定的基因遗传不同，表观遗传则是一种相对动态的调节，其调控范围涵盖了进化、发育、各种环境变化等。
DNA甲基化作为表观遗传的一种形式，可以通过改变基因表达调节模式，影响某些行为表现，包括许多方面的特征和潜在的疾病状态。
最近的研究发现，一项大量基因组研究中，40%的差异主要是由于DNA甲基化产生，而不是来自DNA序列变异。
这证明了DNA甲基化在表观遗传上的重要作用。
此外，DNA甲基化还可以在基因组不稳定性、转录因子结合能力、组蛋白修饰等方面起到一定的作用，从而参与了许多生物过程，如DNA修复、细胞周期调节、免疫系统反应等。
DNA甲基化
DNA甲基化
生物学术语
01 原理
03 类型
目录
02 酶分类 04 机制
DNA甲基化（DNA methylation）为DNA化学修饰的一种形式，能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表 现。所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5号碳位共价键结合一个甲 基基团。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变， 从而控制基因表达。
DNA甲基化（methylation）是真核细胞正常而普遍的修饰方式，也是哺乳动物基因表达调控的主要表观遗传 学形式。DNA甲基化后核苷酸顺序及其组成虽未发生改变，但基因表达受影响。尽管甲基化修饰有多种方式，被 修饰位点的碱基可以是腺嘌呤的N-6位、胞嘧啶的N-4位、鸟嘌呤的N-7位和胞嘧啶的C-5位，它们分别由不同的 DNA甲基化酶催化，但大多发生在基因启动子区CpG岛上。DNA甲基化时，胞嘧啶从DNA双螺旋上突出，进入能与酶 结合的裂隙中，在胞嘧啶甲基转移酶催化下，把活性的甲基从S-腺苷甲硫氨酸转移至胞嘧啶5位上，形成5-甲基 胞嘧啶（5-MC）。基因启动子区的甲基化可导致转录沉寂。
植物基因组学中的DNA甲基化
植物基因组学中的DNA甲基化DNA甲基化是一种非常重要的生物学研究内容，尤其是在植物基因组学领域。
在这篇文章中，我将着重探讨DNA甲基化是什么，以及它在植物基因组中的意义。
什么是DNA甲基化？DNA甲基化是指在DNA链上添加methyl基(-CH3)的一种化学修饰。
这个过程是通过甲基转移酶完成的，甲基转移酶可以将S-adenosylmethionine(SAM)中的methyl基转移至DNA分子上。
DNA甲基化具有良好的可逆性，可以通过DNA脱甲基化酶(DNMT)将methyl基去除。
DNA甲基化作为一种生物化学修饰，对于细胞的生命活动具有重要的影响。
它可以通过改变染色体结构，参与基因转录和表达，并对基因组稳定性产生影响。
人们对于DNA甲基化的研究已经进行了数十年，但是，植物基因组中的DNA甲基化还是相对新的领域，目前尚有许多待探讨的问题。
DNA甲基化在植物基因组中的意义DNA甲基化可以影响植物体内基因的表达。
它可以通过增加或减少methyl基，调整染色体的结构，使得某些区域的基因表达受到抑制或者增强。
这一过程被称为DNA甲基化修饰。
在植物生长与发育的过程中，DNA甲基化具有非常重要的意义。
例如，在植物的胚胎发育中，DNA甲基化可能会影响大量基因的表达。
同时，在植物对外界环境的适应中，DNA甲基化修饰也发挥着至关重要的作用。
例如，在水稻的耐盐性中，DNA甲基化是一个非常重要的调控机制。
研究表明，DNA甲基化可以影响水稻胚胎的基因表达，并提高其耐盐能力。
DNA甲基化的变化还可以影响植物种群的进化。
一个研究表明，在某些植物种群中，DNA甲基化可以产生扩散选择作用。
也就是说，一些部位的DNA甲基化水平高，可以使得植物更加适应特定环境，从而共同进化成一种采取共同策略的种群。
最后，DNA甲基化还可以帮助研究人员对植物基因组的演化历史进行揭示。
通过对DNA甲基化水平不断变化的地区进行比较，可以得到不同基因型间的相似性与差异性，从而为基因组进化历史做出重要贡献。
DNA甲基化
• 2) 主动途径: 是由去甲基酶的作用, 将甲基 基团移去的过程。
去甲基化起始机制依然是一个谜
• DNA的去甲基化由基因内部的片段及与其结合的因子所调 控 • DNA去甲基化的分子机制假说： 1：与DNA半保留复制联系在一起，为被动去甲基化。 如果甲基化的DNA经半保留复制后不被甲基化，其DNA则 处于半甲基化状态，半甲基化的DNA如再次发生DNA半保 留复制，而DNA甲基化活性仍被抑制，则可预计略有50% 细胞处于半甲基化状态。 2：与半保留复制无关，为主动过程。 DNA去甲基化由“DNA去甲基化酶”催化。DNA去甲基 化实际上是在DNA糖苷酶的作用下，脱掉甲基化碱基的反 应等同于损伤DNA在糖苷酶及无碱基核酸酶酶切偶联催化 下的修复反应。曾有报道认为，RNA参与DNA的去甲基化 反应。
甲基化起始机制相关研究进展
• RNA介导的DNA甲基化路径（RdDM） 在表观遗传学研究中，小分子RNAs（siRNAs） 可以引导DNA甲基化、异染色质组蛋白修饰，导 致序列特异性转录基因沉默。
• 组蛋白H3 N端尾部作用 酿酒酵母研究系统，在本身不存在甲基化的酵母 基因组上建立DNA甲基化谱式，组蛋白H3 N端尾 部对于DNA甲基化起着不可或缺的作用。
5一甲基胞嘧啶糖基化酶是体内候 选去甲基化酶。
DNA 甲基化的机制
1) DNM T1, 持续性DNA 甲基转移酶 ① 使仅有一条链甲基化的DNA 双链完全甲基化； ② 参与DNA 复制双链中的新合成链的甲基化； ③ DNM T1 可能直接与HDAC (组蛋白去乙酰基转 移酶) 联合作用阻断转录。 2)DNM T3a、DNM T3b从头甲基转移酶 ① 它们可甲基化CpG, 使其半甲基化, 继而全甲基 化； ② 可能参与细胞生长分化调控, 其中DNM T3b在肿 瘤基因甲基化中起重要作用。
DNA甲基化检测技术全攻略
DNA甲基化检测技术全攻略DNA甲基化是指DNA分子中的碱基Cytosine（胞嘧啶）在其C5位点上与甲基基团结合形成5-甲基胞嘧啶的化学反应。
DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，被认为在基因组的稳定性和调控中起着关键的作用。
DNA甲基化异常与多种疾病的发生和发展密切相关，包括癌症、心血管疾病、神经系统疾病等。
因此，开发DNA甲基化检测技术，对于深入研究疾病的发生机制、早期诊断、疾病分型和治疗方案的制定具有重要意义。
一、DNA甲基化检测方法1.甲基特异性PCR(MSP)甲基特异性PCR是一种将DNA甲基化水平转化为PCR信号的方法。
该方法针对DNA甲基化位点进行甲基化特异性的酶切反应，然后利用PCR扩增技术对甲基化和非甲基化的DNA片段进行分离和测定。
2.甲基化特异性限制酶切(MSRE)甲基化特异性限制酶切方法依赖于特定甲基化位点上的酶切敏感性。
该方法先通过限制酶切鉴定DNA甲基化位点的状态，然后通过聚合酶链反应(PCR)或更高通量的测序技术进行测定。
3.甲基化特异性测序甲基特异性测序技术是一种通过测序方法直接确定DNA甲基化位点的状态。
这种方法依赖于高通量测序技术，可以同时测定数百万个甲基化位点。
4.甲基化敏感扩增多态性(MS-AFLP)甲基化敏感扩增多态性方法是一种将甲基化位点转化为特定扩增片段的方法。
该方法利用比较性PCR和限制酶切结合的方法，挑选与DNA甲基化状态相关的扩增产物，从而实现对DNA甲基化状态的测定。
二、DNA甲基化检测技术的应用1.疾病早期诊断2.疾病分型不同疾病的DNA甲基化模式存在差异，通过检测DNA甲基化状态可以将疾病进行分型，从而有针对性地制定治疗方案。
3.肿瘤治疗效果评估针对肿瘤治疗过程中的DNA甲基化变化，可以通过检测DNA甲基化状态来评估治疗效果。
如果治疗有效，DNA甲基化状态会发生改变。
4.基因组稳定性分析三、DNA甲基化检测技术的优势和挑战优势：1.高灵敏度和特异性：DNA甲基化检测技术具有高灵敏度和特异性，可以测量DNA甲基化的水平和位点。
DNA甲基化的总结
DNA甲基化的总结DNA甲基化是指DNA分子上甲基基团与DNA中的胸腺嘧啶（C）残基共价键结合的化学修饰过程。
在大多数生物体中，DNA甲基化是一种常见的遗传信息的修饰方式，并且在生物发育、细胞分化、基因表达调控等诸多生物学过程中起重要作用。
本文将从DNA甲基化的概念、机制、功能以及与疾病的关系等方面进行详细的总结。
首先，DNA甲基化是指通过甲基转移酶将甲基基团添加到DNA分子中的胸腺嘧啶残基上。
甲基化作用通常发生在DNA双链的5'位碱基C上。
在CpG二聚体（CpG dinucleotides）中的C上加甲基即形成了5-甲基胸腺嘧啶（5-methylcytosine，5mC）。
CpG二聚体在哺乳动物基因组中非常富集，因此DNA甲基化主要发生在CpG岛（CpG islands）区域。
CpG岛是指包含大量CpG二聚体的DNA序列，位于基因启动子区域附近。
CpG岛的甲基化程度与基因的转录活性密切相关。
DNA甲基化的机制主要涉及两个过程：甲基化和去甲基化。
甲基化是通过DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）将甲基基团转移至DNA分子的胸腺嘧啶残基上，甲基转移的供体一般是S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。
去甲基化是指去除5mC上的甲基基团，恢复C残基的过程。
在DNA去甲基化中，最为重要的酶是TET（Ten-eleven translocation）家族的蛋白。
DNA甲基化在生物体内起到多种功能。
首先，DNA甲基化在基因表达调控中起重要作用。
甲基化的高水平通常与基因沉默有关，而甲基化的低水平通常与基因激活相关。
例如，在胚胎发育早期，由于甲基化的抑制作用，大部分基因处于沉默状态。
而随着胚胎发育的进行，甲基化逐渐减少，导致基因的激活。
其次，DNA甲基化还参与细胞分化过程。
许多研究发现，细胞的分化状态与DNA的甲基化水平密切相关。
不同细胞类型中的基因组甲基化模式也有所不同。
此外，DNA甲基化还与遗传稳定性、X染色体失活、基因座识别等生物学过程密切相关。
dna甲基化概念
dna甲基化概念DNA甲基化是生物体内一种常见的表观遗传修饰方式，它是指在DNA分子上加上甲基基团的一种化学反应。
这种修饰方式在不改变DNA序列的前提下，能够影响基因的表达和功能，进而影响细胞分化、发育、代谢等生物学过程。
因此，DNA甲基化被认为是一种重要的表观遗传调控机制。
一、DNA甲基化的发现与研究历程早在20世纪60年代，科学家们就已经开始关注DNA甲基化现象。
当时，一些研究人员在研究细菌的基因调控时发现了一种特殊的酶——DNA甲基化转移酶（DNA methyltransferase, Dnmt）。
这种酶可以将S-腺苷甲硫氨酸（SAM）上的甲基基团转移到DNA分子上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。
这一发现为后来的研究奠定了基础。
随着科学技术的发展，人们逐渐认识到DNA甲基化在生物体内的重要作用。
1980年代，科学家们开始研究哺乳动物细胞中的DNA甲基化现象。
他们发现，在胚胎发育过程中，某些基因的甲基化程度会发生变化，从而影响这些基因的表达。
此外，他们还发现，在肿瘤细胞中，许多基因的甲基化程度也会发生异常变化。
这些研究结果表明，DNA甲基化可能是一种重要的表观遗传调控机制。
二、DNA甲基化的生物学意义1. 影响基因表达DNA甲基化可以直接影响基因的表达。
通常情况下，未甲基化的CpG位点更容易被转录因子识别和结合，从而促进基因的表达。
相反，甲基化的CpG位点则不容易被转录因子识别和结合，从而抑制基因的表达。
因此，DNA甲基化可以通过改变CpG 位点的甲基化程度来调节基因的表达水平。
2. 参与细胞分化和发育DNA甲基化在细胞分化和发育过程中起着关键作用。
例如，在胚胎发育过程中，某些基因的甲基化程度会发生显著变化，从而影响这些基因的表达。
这些基因的表达变化最终会导致细胞分化和组织形成。
此外，DNA甲基化还可以通过影响干细胞的自我更新和分化能力来调控细胞命运。
3. 参与疾病发生和发展DNA甲基化异常与许多疾病的发生和发展密切相关。
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DNA甲基化DNA甲基化（DNA methylation）是最早发现的修饰途径之一，大量研究表明，DNA 甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。
含义：在甲基转移酶的催化下,DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基,形成5－甲基胞嘧啶，这常见于基因的5'—CG-3'序列.大多数脊椎动物基因组DNA都有少量的甲基化胞嘧啶，主要集中在基因5’端的非编码区，并成簇存在。
甲基化位点可随DNA 的复制而遗传，因为DNA复制后,甲基化酶可将新合成的未甲基化的位点进行甲基化。
DNA的甲基化可引起基因的失活,DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用,甲基化达到一定程度时会发生从常规的B—DNA向Z-DNA的过渡，由于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以结合的原件缩入大沟而不利于转录的起始，导致基因失活。
另外,序列特异性甲基化结合蛋白（MBD/MeCP）可与启动子区的甲基化CpG岛结合,阻止转录因子与启动子作用,从而阻抑基因转录过程。
DNA甲基化主要形成5－甲基胞嘧啶（5—mC)和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7－甲基鸟嘌呤（7-mG）结构基因：含有很多CpG 结构,2CpG 和2GPC 中两个胞嘧啶的5 位碳原子通常被甲基化,且两个甲基集团在DNA 双链大沟中呈特定三维结构。
基因组中60％~ 90% 的CpG 都被甲基化，未甲基化的CpG 成簇地组成CpG 岛，位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。
有实验证明超甲基化阻遏转录的进行。
DNA 甲基化可引起基因组中相应区域染色质结构变化，使DNA 失去核酶ö；限制性内切酶的切割位点，以及DNA 酶的敏感位点，使染色质高度螺旋化,凝缩成团，失去转录活性。
5 位C 甲基化的胞嘧啶脱氨基生成胸腺嘧啶（C—T转换），由此可能导致基因置换突变，发生碱基错配，如果在细胞分裂过程中不被纠正，就会诱发遗传病或癌症。
酶的分类：动物中DNA 甲基转移酶有两种:1）DNM T1,持续性DNA 甲基转移酶-—作用于仅有一条链甲基化的DNA 双链，使其完全甲基化，可参与DNA 复制双链中的新合成链的甲基化，DNM T1 可能直接与HDAC （组蛋白去乙酰基转移酶) 联合作用阻断转录；2）DNM T3a、移酶可能参与细胞生长分化调控，其中DNM T3b在肿瘤基因甲基化中起重要作用.去甲基化有两种方式：1）被动途径：由于核因子N F 粘附甲基化的DNA，使粘附点附近的DNA不能被完全甲基化,从而阻断DNM T1 的作用；2）主动途径：是由去甲基酶的作用，将甲基基团移去的过程。
在DNA 甲基化阻遏基因表达的过程中,甲基化CpG 粘附蛋白起着重要作用。
虽然甲基化DNA 可直接作用于甲基化敏感转录因子E2F、CREB、A P2、CM yc＆ouml；M yn、N F2KB、Cmyb、Ets，使它们失去结合DNA 的功能从而阻断转录，但是，甲基化CpG 粘附分子可作用于甲基化非敏感转录因子（SP1、CTF、YY1），使它们失活，从而阻断转录。
人们已发现 5 种带有恒定的甲基化DNA 结合域（MBD ) 的甲基化CpG 粘附蛋白.其中M ECP2、MBD1、MBD2、MBD3 参与甲基化有关的转录阻遏;MBD1 有糖基转移酶活性，可将T 从错配碱基对Tö；G 中移去，MBD4 基因的突变还与线粒体不稳定的肿瘤发生有关.在MBD2 缺陷的小鼠细胞中，不含M ECP1 复合物,不能有效阻止甲基化基因的表达。
这表明甲基化CpG 粘附蛋白在DNA 甲基化方式的选择,以及DNA 甲基化与组蛋白去乙酰化、染色质重组相互联系中的有重要作用.哺乳动物一生中DNA甲基化水平经历2次显著变化，第一次发生在受精卵最初几次卵裂中，去甲基化酶清除了DNA分子上几乎所有从亲代遗传来的甲基化标志；第二次发生在胚胎植入子宫时，一种新的甲基化遍布整个基因组，甲基化酶使DNA重新建立一个新的甲基化模式。
细胞内新的甲基化模式一旦建成，即可通过甲基化以“甲基化维持"的形式将新的DNA甲基化传递给所有子细胞DNA分子。
1 概述DNA中碱基的化学修饰近年来一直是生命科学领域研究的热点之一。
其中，胞嘧啶第5位碳原子上的甲基化动态修饰研究得较为深入。
早在上世纪中叶，科学家就发现DNA胞嘧啶可以被甲基化修饰,修饰之后的碱基称为“5—甲基胞嘧啶（5—methylcytosine）”，简称为5mC。
后来，又陆续发现了发生在同一个碳原子上的其它修饰,并且这些修饰之间可以相互转化（如图1所示）。
图1 （本图取自Wu, H。
and Y。
Zhang, Reversing DNA methylation: mechanisms, genomics, and biological functions。
Cell，2014。
156(1—2）：p. 45-68)如上图所示，C可以被DNMT（DNA甲基转移酶）转化为5mC，5mC可以被TET （一种DNA去甲基化酶）依次转化为5hmC、5fC、5caC，最后由TDG/BER介导的碱基修复机制重新生成C，完成整个循环。
首先讲一下甲基化的过程，也就是在胞嘧啶的5‘碳原子上面加上一个甲基的过程。
甲基化的过程主要是由DNA methyltransferase也就是DNMT来承担的。
在真核生物细胞内，不同的物种之间DNMT的数目和结构稍有不同，但大体上具有一定的同源性(图2）.图2 DNMT（图2摘自Goll, M。
G。
and T.H. Bestor, Eukaryotic cytosine methyltransferases。
Annu Rev Biochem，2005. 74：p。
481-514。
)人类细胞中的情况和老鼠(Mus musculus)中的情况差不多,也是DNMT1、DNMT2、DNMT3A/B和DNMT3L等构成.其中，DNMT1的功能主要是在DNA复制的时候维持DNA的甲基化，DNMT3A、DNMT3B的功能主要是DNA的从头甲基化，而DNMT3L不具有甲基化功能，它对DNMT3A 和DNMT3B的催化活性具有调节作用。
在哺乳动物体细胞染色体当中,有一种序列中CG含量比较高，并且CG成对出现,我们把这种CG成对密集出现的序列叫做CpG岛。
哺乳动物体细胞的DNA胞嘧啶甲基化主要发生在CpG岛当中（这种规律在植物细胞当中不存在，下文讲的主要是动物细胞DNA甲基化）。
在动物的某些较为特殊的细胞当中,如卵母细胞、胚胎肝细胞和成熟的神经细胞当中,CpG岛以外的甲基化现象同样非常显著.不同的细胞甲基化水平千差万别，功能多种多样。
如图3所示：图3（图3摘自Lister，R., et al.，Human DNA methylomes at base resolution show widespread epigenomic differences. Nature，2009. 462(7271）: p. 315-322。
）H1细胞为胚胎干细胞,IMR90细胞为人胚肺成纤维细胞。
左图中的上下两个饼图可以看出，在干细胞里面非CpG区域的甲基化水平相对较高。
左边的b图可以看出,在OCT4基因附近，CG原件甲基化水平比IMR90低，而CHG和CHH序列的甲基化水平较高。
右图可以看出，总体上来说，干性较强的细胞中，非CG甲基化水平较高。
下图(图4）说明了mCG和mCH与神经细胞生长发育的关系。
图4（图4摘自Lister, R.，et al。
, Global Epigenomic Reconfiguration During Mammalian Brain Development。
Science, 2013。
341(6146）: p. 1237905-1237905。
)在神经元细胞当中，mCH的含量比非神经元细胞的含量高很多，在人的神经元当中更甚，mCH的占比甚至超过了mCG。
左图可以看出mCH和mCG的分布都有一定的位点特异性。
从以上两个例子可以看出,DNA甲基化与细胞的生长发育、基因的选择性表达有着密切的关系。
目前为止，研究较为深入的是CpG岛甲基化，非CpG甲基化的功能和调控我们几乎对其一无所知。
人类细胞中大约有28 million个CpGs，体细胞的CpG岛有60—80%被甲基化修饰。
2 甲基化和去甲基化的机制DNA甲基化的过程发现较早.具体说来,DNMT3A和DNMT3B,负责 denovo methylation，即把原来没有发生甲基化修饰的DNA双链进行修饰。
在DNA复制的过程中，由于其半保留复制的特性，新合成的两条双链各有一半保留了模板的甲基化胞嘧啶,而新合成的那另外一条单链则没有被修饰.DNMT1的作用就是去识别DNA中那条被修饰的单链的甲基化位点，把没有被甲基化修饰的那条新合成的单链进行修饰，故称之为maintenance methylation.(图5）图5（来源于Nat Rev Genet. 2001 Jan;2（1）：21—32.Genomic imprinting: parental influence on the genome.）对DNA去甲基化过程的研究则相对来讲起步较晚。
其实在很早之前,人们已经能够观察到DNA当中甲基化水平的变化并且成功纯化出了甲基化酶,然而去甲基化相关的蛋白质一直没能发现。
正如上图所示,去甲基化一共有两条途径，active demethylation 和passive demethylation。
在DNA合成的过程中，如果DNMT1不能结合到DNA上去,那么合成的DNA当中5mC的含量便会降低，这种去甲基化的活动是由DNA复制来完成的，因此称为“被动去甲基化”。
那么是否存在一些蛋白质能够把5mC变成C,行使“主动"去甲基化功能呢？2000年前后的数十年时间里，世界各地的科研工作者卯足了劲，都想成为第一个发现去甲基化酶的人，然而,事与愿违，不止一次有人宣称他们发现了这个去甲基化酶，然而后来事实证明他们是错的。
这种情况一直持续到2009年,发表在CNS上的一系列paper 宣告了TET去甲基化酶的发现。
2009年-2011年的一系列文章表明,DNA主动去甲基化的过程较为复杂，这个过程需要几步反应(图6）：图6（来自Kohli, R.M. and Y。
Zhang，TET enzymes，TDG and the dynamics of DNA demethylation。
Nature，2013。
502(7472）：p. 472—479。
）TET的作用主要是把5mC转化成5hmC，5fC和5caC，此后再经过一些额外的途径将这些中间产物转化为C（TDG-BER蛋白介导的过程)。